Tutta la fisica si occupa di descrivere come si muovono gli oggetti e come determinate quantità che possiedono (ad esempio energia, quantità di moto) vengono scambiate tra loro e con l'ambiente. Forse la grandezza fondamentale che governa il moto è la forza, che è descritta dalle leggi di Newton.
Quando immagini le forze, probabilmente immagini che gli oggetti vengano spinti o tirati in linea retta. In effetti, quando sei esposto per la prima volta al concetto di forza in un corso di scienze fisiche, questo è il tipo di scenario che ti viene presentato perché è il più semplice.
Ma le leggi fisiche che governano il moto rotatorio includono un insieme completamente diverso di variabili ed equazioni, anche se i principi sottostanti sono gli stessi. Una di queste quantità speciali ècoppia, che spesso agisce per ruotare gli alberi nelle macchine.
Cos'è la Forza?
Una forza, in parole povere, è una spinta o una trazione. Se l'effetto netto di tutte le forze che agiscono su un oggetto non viene annullato, allora quella forza netta farà accelerare l'oggetto o cambiare la sua velocità.
Contrariamente, forse, alla tua intuizione e alle idee degli antichi greci, la forza non lo è necessaria per spostare un oggetto a velocità costante, poiché l'accelerazione è definita come la velocità di variazione di velocità.
Seun= 0, cambia inv= 0 e non è necessaria alcuna forza affinché l'oggetto continui a muoversi, a condizione che su di esso non agiscano altre forze (inclusa la resistenza dell'aria o l'attrito).
In un sistema chiuso, se la somma di tutte le forze presenti è zeroeanche la somma di tutte le coppie presenti è zero, il sistema si considera inequilibrio, poiché nulla lo costringe a cambiare il suo movimento.
Spiegazione della coppia
La controparte rotazionale della forza in fisica è la coppia, rappresentata daT.
La coppia è un componente critico di praticamente ogni tipo di applicazione ingegneristica immaginabile; ogni macchina che include un albero rotante include un componente di coppia, che rappresenta quasi l'intero mondo dei trasporti, insieme alle attrezzature agricole e molto altro nel mondo industriale.
La formula generale per la coppia è data da
T = F × r × \sin θ
DoveFè la forza applicata a un braccio di leva di lunghezzarad angoloθ. Poiché sin 0° = 0 e sin 90° = 1, puoi vedere che la coppia è massimizzata quando la forza viene applicata perpendicolarmente alla leva. Quando pensi a qualsiasi esperienza con chiavi lunghe che potresti aver avuto, questo probabilmente ha un senso intuitivo.
- La coppia ha le stesse unità dell'energia (il Newtonmetro), ma nel caso della coppia questo èmaidenominato "Joule". E a differenza dell'energia, la coppia è una quantità vettoriale.
Formula di coppia dell'albero
Per calcolare la coppia dell'albero, ad esempio se stai cercando una formula per la coppia dell'albero a camme, devi prima specificare il tipo di albero di cui stai parlando.
Questo perché alberi che, ad esempio, sono scavati e contengono tutta la loro massa in un anello cilindrico si comportano in modo diverso rispetto ad alberi pieni dello stesso diametro.
Per la torsione su entrambi gli alberi cavi o pieni, una quantità chiamatasforzo di taglio,rappresentato daτ(la lettera greca tau), entra in gioco. Anche ilmomento d'inerzia polare di un'area, J, quantità un po' come la massa nei problemi di rotazione, entra nella miscela ed è specifica per la configurazione dell'albero.
La formula generale per la coppia su un albero è:
T = τ × \frac{J}{r}
doverè la lunghezza e la direzione del braccio di leva. Per un albero pieno,Jha il valore di (π/2)r4.
Per un albero scavato,Jinvece è (π/2)(ro4 – rio4), dovero e ro sono i raggi esterno ed interno dell'albero (la parte solida esterna al cilindro vuoto).